python如何跟硬件交互

Python可以通过多种方式与硬件交互，包括使用GPIO库与单板计算机通信、通过串行通信与外部设备连接、利用专用库与传感器和执行器进行交互、以及通过API与系统资源进行低级访问。其中，使用GPIO库和串行通信是最常见的方法，通过这些方法，Python能够与各种硬件设备进行有效的互动。下面将详细介绍这些交互方式。

一、GPIO库与单板计算机通信

GPIO（General Purpose Input/Output）是单板计算机（如Raspberry Pi、BeagleBone等）与外部硬件通信的常用接口。Python提供了多种GPIO库，帮助开发者轻松控制硬件。

RPi.GPIO库

RPi.GPIO是Raspberry Pi平台上最流行的库。它允许您通过Python脚本访问Raspberry Pi的GPIO引脚，从而控制LED、按钮、传感器等。

要使用RPi.GPIO库，首先需要安装它：

sudo apt-get update sudo apt-get install python3-rpi.gpio

然后，在Python脚本中，您可以使用以下代码控制GPIO引脚：

import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(18, GPIO.OUT)
try:
    while True:
        GPIO.output(18, GPIO.HIGH)
        time.sleep(1)
        GPIO.output(18, GPIO.LOW)
        time.sleep(1)
except KeyboardInterrupt:
    GPIO.cleanup()

在上述代码中，GPIO引脚18被设置为输出模式，并用于控制一个简单的LED灯。

使用其他GPIO库

除了RPi.GPIO，还有其他库如gpiozero、wiringPi-python等，它们提供了更高级的接口或不同的平台支持。选择合适的库取决于具体需求和硬件平台。

二、通过串行通信与外部设备连接

串行通信是计算机与外部设备之间的基本通信方式之一。Python通过pySerial库可以方便地实现与硬件设备的串行通信。

安装和使用pySerial

首先，安装pySerial：

pip install pyserial

然后，您可以使用以下代码与串行设备通信：

import serial
ser = serial.Serial('/dev/ttyUSB0', 9600, timeout=1)
ser.flush()
while True:
    if ser.in_waiting > 0:
        line = ser.readline().decode('utf-8').rstrip()
        print(line)

在这个示例中，Python脚本打开了一个串口连接，并不断读取来自设备的数据。

串行通信的应用

串行通信常用于与微控制器（如Arduino）、传感器模块、蓝牙设备等进行数据交换。通过调整波特率和其他参数，您可以与各种设备实现兼容。

三、利用专用库与传感器和执行器进行交互

Python还支持许多专用库，用于与各种传感器和执行器进行交互。这些库通常提供了高级接口，简化了开发过程。

Adafruit库

Adafruit提供了一系列用于传感器和执行器的Python库，支持I2C、SPI等通信协议。这些库帮助您轻松读取传感器数据或控制执行器。

例如，您可以使用Adafruit_DHT库读取DHT11温湿度传感器的数据：

import Adafruit_DHT
sensor = Adafruit_DHT.DHT11
pin = 4
humidity, temperature = Adafruit_DHT.read_retry(sensor, pin)
if humidity is not None and temperature is not None:
    print(f'Temp={temperature}*C  Humidity={humidity}%')
else:
    print('Failed to get reading. Try again!')

其他传感器库

除了Adafruit，还有其他库如PyMata、smbus2等，它们支持与不同类型的传感器和执行器交互。选择合适的库取决于您的具体硬件和项目需求。

四、通过API与系统资源进行低级访问

Python也可以通过系统API进行低级硬件访问，这通常用于更高级的硬件交互需求。

ctypes和cffi

ctypes和cffi是Python的两个库，允许调用C语言的动态链接库（DLL或共享库）。这使您能够直接访问操作系统的API，从而实现低级别的硬件控制。

例如，使用ctypes访问Linux的I2C设备：

import ctypes
import fcntl
I2C_SLAVE = 0x0703
class I2CDevice:
    def __init__(self, bus, address):
        self.file = open(f'/dev/i2c-{bus}', 'rb+', buffering=0)
        fcntl.ioctl(self.file, I2C_SLAVE, address)
    def write(self, data):
        self.file.write(bytes(data))
    def read(self, length):
        return self.file.read(length)
device = I2CDevice(1, 0x40)
device.write([0x00, 0x01])
data = device.read(2)